arrows Analýzy, trendy arrows Bezpečnost a rizika ve výstavbě arrowsJe analýza rizik ve stavebnictví užitečná?
text a grafické podklady: Břetislav Teplý
číslo: 02/10
Je analýza rizik ve stavebnictví užitečná?
Jisté riziko vzniku nepříznivých událostí a s tím souvisejících škod existuje ve všech lidských činnostech a může mít podobu poškození majetku, finančních ztrát nebo zranění či úmrtí, environmentálních škod aj. Pravděpodobně nejznámějšími příklady rizikových aktivit jsou průmysl nukleární a chemický, případně doprava. Nemalá rizika vznikají také v rámci stavebního inženýrství. Význam analýzy rizik tak vzrůstá a přispívají k tomu i zkušenosti s velkými haváriemi, jejichž důsledkem jsou rozsáhlé škody; ovšem podobné následky může mít také množství drobnějších, často se opakujících škod kumulativního charakteru.
odeslat odeslat    tisk tisk
Prof. Ing. Břetislav Teplý, CSc., FEng.
Prof. Ing. Břetislav Teplý, CSc., FEng.Působí na Stavební fakultě VUT v Brně, v letech 1990–1999 jako vedoucí ústavu stavební mechaniky, v současné době jako výzkumný pracovník Centra integrovaného navrhování progresivních stavebních konstrukcí. Zabývá se problematikou spolehlivosti a životnosti konstrukcí i problematikou analýzy rizik. E-mail: teply.b@fce.vutbr.cz

Analýza rizik se stává v posledních letech nástrojem pro rozhodovací a řídicí činnost, i když se doposud – bohužel – nejedná o obecně známý a běžně aplikovaný nástroj, se kterým je širší technická komunita seznámena. Je snad ale možno říci, že se tato problematika postupně dostává do povědomí českých inženýrů. V posledních letech byla v ČR uveřejněna řada statí o analýze rizik ve stavebnictví – z těch prvních jmenujme např. [1] až [5], knihy specializované na tuto oblast [6] až [8] a zdůrazněme také skutečnost, že analýza rizika je již začleněna i do českých předpisů – viz dokumenty [9] až [12], obvykle již navazující na obdobné evropské předpisy. Také soubor článků předkládaný v tomto čísle časopisu tyto aktivity reflektuje a rozvíjí. Výčet zahraničních publikací, mezinárodních kongresů a dokumentů věnovaných problematice či významu analýzy rizik by byl velmi obsáhlý; v článku autor uvádí alespoň odkaz na sborník z roku 1993 [13], na nedávno publikovanou shrnující stať [14] a také nový dokument ISO [15] (některé údaje z něj budou dále v tomto textu uplatněny).

Definice, scénáře, metody, software
V běžném hovoru a obvykle také v médiích je riziko zmiňováno. často však jde jen o zcela vágní vyjádření, bez možnosti srovnání a hodnocení. Pro účely analýzy rizik a jejich hodnocení je nutné postupovat exaktněji a je vhodné opírat se o příslušné definice. Obvykle je pak riziko R definováno pomocí dvou veličin:

1) Očekávaná škoda (újma) C, která by odpovídala vzniku jisté nepříznivé události, havárie či poruchy, tj. jistému scénáři nebezpečí. Těmito škodami mohou být např.:
– ekonomické ztráty/náklady (vyjádřeno v peněžních jednotkách);
– počty lidských obětí, resp. počet raněných nebo jinak postižených osob;
– rozsah zamořené/kontaminované oblasti (plocha, resp. objem);
– jiné důsledky, vzniklé např. přerušením provozu (doba odstávky nebo výrobní ztráty s navazujícími důsledky) apod.

2) Pravděpodobnost (četnost) Pf, se kterou by mohla nastat ona nepříznivá událost. Tato pravděpodobnost bude v případech hodnocení rizika spojeného se stavební konstrukcí nejčastěji chápána jako pravděpodobnost porušení materiálu, nosného prvku či konstrukčního celku, tj. dosažení některého z relevantních mezních stavů; často se pak používá název pravděpodobnost poruchy.

Obě tyto veličiny se vztahují vždy k jisté referenční době. Vyjádření rizika lze rozdělit na kvalitativní a kvantitativní.

Kvantitativní posouzení rizika
Kvantitativní posouzení rizika je založeno na součinu obou veličin, tj.

R = Pf C (1)

Přitom pravděpodobnost Pf se získává metodami pravděpodobnostní analýzy (obvykle s využitím simulačních postupů) a je nutné pracovat s analytickým modelem hodnoceného nebezpečí/stavu. Odtud také plyne jistá nevýhoda tohoto postupu: vhodný model pro složitější, vícedějové situace často není snadné vytvořit. Je třeba také ovládat metody pravděpodobnostní analýzy a použít vhodný software. Výhodou kvantitativního popisu rizik je však možnost srovnávání různých řešení, situací a scénářů, postup přináší nové pohledy na rozhodovací procesy pro subjekty jako jsou investoři, vlastníci, provozovatelé a v neposlední řadě pojišťovny.

Kvalitativní posouzení rizika
Kvalitativní posouzení rizik používá pro vyjádření rizika méně „přesné“ hodnoty veličin C a Pf, někdy jenom zatříděné do jistých skupin (tříd), stanovené expertním odhadem. Je tedy možné jistým způsobem zahrnout do hodnocení i důsledky lidských chyb, případně také některé sociologické vazby a nejistoty, pro které teoretické modely chybí. Pro kvalitativní posouzení rizik existuje řada metod a postupů (přitom některé lze považovat za jakýsi mezistupeň, tj. semikvantitativní); v tomto příspěvku nejsou popisovány – pojednávají o nich některé z výše citovaných publikací (např. [6] až [8] a norma [12]) a zde uvádíme jen názvy některých z metod: metody stromových diagramů (FTA, ETA), analýzy způsobů a důsledků poruch (FMEA) a delfské techniky.
Poznamenejme ještě, že občas je možné se setkat i v odborných kruzích s nedostatečným vyjádřením rizika buďto jenom odhadnutou hodnotou Pf nebo jenom pomocí C; takové neúplné vyjádření obvykle nemůže dobře sloužit náročné rozhodovací činnosti – managementu infrastruktury.

Je zřejmé, že škála důvodů vzniku nepříznivé události může být velmi rozsáhlá; např.:
1) nejistoty:
1) a) aleatorní, pocházející z původních náhodností v chování studovaného systému (materiálové parametry, projektové, technologické a montážní nepřesnosti);
1) b) epistemické, které se odvíjejí od nedostatků ve znalostech o vhodných hodnotách veličiny, nejistotách modelů apod. Při výpočetním modelování stavebních konstrukcí se setkáváme s oběma těmito druhy nejistot, a je tím tudíž zatíženo i projektování či posuzování konstrukcí;
2) rozdílnosti ve způsobu užívání objektu oproti výchozím či typickým hodnotám (změna zatěžování, změny/výchylky vlivů prostředí, typ provozu);
3) hrubé lidské chyby a hrubá nekázeň;
4) sabotáže, teroristické akce, jiné nepředvídané či doposud neznámé efekty.

Hodnocení rizika dle vztahu (1) je možné používat v souvislosti s kategoriemi ad. 1) a 2), což jsou běžné situace při navrhování či posuzování stavebních konstrukcí. Příslušné pravděpodobnostní metody i relevantní software jsou vyvinuty. Rizika spojená se situacemi odpovídajícími kategoriím 3) a 4) lze posuzovat pomocí kvalitativní varianty odhadu rizika, kde lze přihlížet alespoň přibližně k širším souvislostem, třeba k lidským a systémovým efektům.
S určováním hodnoty rizika (tj. se stanovováním Pf i C) úzce souvisí tzv. scénář vzniku uvažované nepříznivé události, tedy popis typů, sledu a návazností jednotlivých fází události a jejích důsledků. Téměř vždy je více možných scénářů. Tam, kde k nim bylo přihlédnuto s dostatečnou kreativitou již v projektové fázi, lze dosáhnout nižších hodnot rizik. Návod na sestavení všech relevantních scénářů nelze podat, je to výlučně záležitost znalostí, zkušeností, představivosti a předvídavosti. Často citovaným a smutným příkladem neočekávaného scénáře je zřícení mrakodrapů „dvojčat“ v New Yorku po teroristickém útoku 11. 9. 2001. Konstrukce byla sice dimenzována tak, aby odolala nárazu dopravního letadla, nebyla však navržena dostatečně odolně na účinky teploty vyvinuté při hoření velkého množství leteckého paliva. Ke zřícení proto došlo až dodatečně vybočením ocelových stojek právě v důsledku změny mechanických vlastností materiálu (teplotní přetváření – dotvarování), podrobněji viz [16]. Jistě by bylo možné vyjmenovat jiné případy havárií stavebních konstrukcí, ke kterým došlo v důsledku mimořádného souběhu zatěžovacích účinků (tedy podle scénáře, který nebyl vzat v úvahu při strohé aplikaci normových pravidel).
Zmíníme se ještě o problematice výchozích (vstupních) údajů. Získání relevantních údajů je totiž obvykle obtížné, a to z řady důvodů. Často údaje potřebné k detailnímu popisu scénáře havarijní situace, která již v minulosti nastala, jsou provozovatelem „utajovány“ resp. mají je k dispozici jen vyšetřující orgány. Také data potřebná pro pravděpodobnostní analýzu nepříznivé události – např. statistické charakteristiky materiálových vlastností, zatěžovacích účinků a technologických procesů a vlivů – se získávají obtížně. Výrobce často nebývá ochoten poskytovat údaje o rozptylu (tj. nekvalitě) svých výrobků, anebo je vůbec nesleduje či nezná. Mezi obtížně získávané údaje mohou patřit též údaje o efektivnosti lidské činnosti (údaje o řízení kvality, o kontrolní činnosti nebo odezva operátora na podnět, apod.).
Kromě relevantnosti vstupních dat je důležitý též způsob jejich vyjádření a reprezentace nejistot v nich obsažených. Přitom se může jednat o:
– konzervativní odhad, kdy se udává jen jedna hodnota, tj. jde jen o deterministický údaj;
– statistickou charakteristiku získanou hodnocením souboru údajů: třeba jen průměrná hodnota, příp. průměr a směrodatná odchylka (resp. variační součinitel), nebo úplněji typ rozdělení pravděpodobnosti a hodnoty jeho parametrů.

Poslední jmenovaný případ se týká popisu náhodné veličiny; vyšší náročnost by příslušela popisu náhodného pole.

Relativně složitým úkolem může být také stanovení pravděpodobnosti Pf. Významným pomocníkem přitom nepochybně je specializovaný software. Existuje řada takových nástrojů české i zahraniční provenience – zde jmenujme alespoň FReET (www.freet.cz), který volitelně pracuje s několika simulačními metodami a je nástrojem pro statistickou, citlivostní a zejména pravděpodobnostní analýzu modelů mezních podmínek zadaných uživatelem. Pro úlohy spojené s hodnocením degradace betonových konstrukcí slouží modul FReET-D.

Hodnocení rizika a jeho využití
Obecně lze říci, že hodnocení rizika využijeme při rozhodovací a řídicí činnosti – obvykle porovnáním několika variant či případů, tj. při:

  • managementu infrastruktury, a tedy také při alokaci finančních prostředků na údržbu/opravy;
  • navrhování náročných konstrukcí či jejich rekonstrukcí;
  • plánování průmyslových ploch/oblastí (rozmisťování továren a zařízení s rizikovými technologiemi) a při jejich projektování;
  • hodnocení či zlepšování spolehlivosti zařízení, při řízení provozu a při plánování údržby;
  • vyhodnocování okamžitého rizika (v propojení se systémy včasného varování);
  • optimalizaci celkových nákladů – spolu se spotřebou energie, environmentálních zátěží a současně i hladiny rizik;
  • výběru variant pro snížení rizik;
  • vypracování bezpečnostních zpráv a analýz rizika (požadovaných např. dle [9] a [10]).

Při posouzení rizik vyvstává zásadní otázka: Je odhadnutá (analyzovaná) úroveň rizika přijatelná (akceptovatelná)? Nejprve ale připomeňme, že rizika můžeme rozlišovat také jako:

– riziko „privátní“, kdy danou činností je ohrožována jen určitá osoba či její majetek, bez nepříznivých důsledků pro okolí a další osoby. K provozování hazardní aktivity dochází dobrovolně. Jde tedy o riziko toho, kdo jej „zavinil“, a pokud nedochází k ohrožení dalších subjektů, jeho omezení nebývá předmětem zákonných úprav;
– riziko „veřejné“, kdy danou činností jsou ohroženi lidé, majetky a kvalita prostředí. Obvykle se jedná o průmyslovou činnost, dopravu apod. Zde musí být kladena zákonná omezení.

Pochopitelně nelze všechna rizika jednoznačně zatřídit do některé z těchto dvou kategorií, existuje řada mezilehlých situací. Za povšimnutí stojí také skutečnost, že veřejnost vnímá a posuzuje přísněji jednotlivé, obvykle řídce se vyskytující nehody s větším množstvím mrtvých či zraněných než nehody s jedním či dvěma úmrtími, i když jsou ve sledovaném časovém úseku mnohem četnější (a celkový počet obětí je pak třeba výrazně vyšší).
Pro doplnění těchto úvah dodejme, že: Riziko hodnocené s pomocí definice (1) má význam zejména pro rozhodovací činnost (od jednodušších technických problémů až po strategii managementu), v jiných situacích vystupují do popředí ekonomická hlediska (týkající se nejistot v ekonomických výsledcích), jindy může být nadřazeno psychologické hledisko, případně společenská interpretace rizik, tj. jako vícedimenzionální problém zahrnující technická i politická hlediska [15]. Jednoznačná a obecně přijatelná interpretace rizik je složitá – sjednocenému pohledu a jednoznačnosti brání také to, že kromě rizik analyzovaných se hovoří i o rizicích „pozorovaných“, resp. jen vnímaných. Rizika jsou tedy velmi různorodá, a také je vhodné připomenout, že rizika přijatá jednou skupinou obyvatelstva mohou zapříčinit vznik nepřijatelných rizik pro jiné skupiny obyvatelstva.
Omezení rizika (zákonem, předpisem, dohodou) lze vyjádřit jako nerovnost:

R ≤ Ro (2)

Ro je přípustná, akceptovatelná hodnota a její určení je nelehkým problémem – co nejmenší hodnota je žádoucí, ale je potřeba si uvědomit, že dosažení nižších hodnot vyžaduje vyšší náklady. Je-li jednotkou rizika počet lidských životů, je stanovení Ro obzvláště choulostivé – lidský život je pak obvykle nutno ohodnotit finančně, což bývá velmi rozporuplné. Přesto je však snaha vyjadřovat limity zejména pomocí ekonomických následků pochopitelná. Tak např. švýcarský projekt Risk Based Regulation (1996–1999) zavádí ekonomickou optimalizaci pomocí pravidla: Riziko je akceptovatelné, jestliže cena za další jeho snížení by byla vyšší než (finančně vyjádřeno) ta část rizika, kterou by se takto podařilo snížit.
Nejvyšší cenu, která je akceptovatelná, může samozřejmě stanovit též investor. Příkladem je postup místních orgánů v lokalitě Kóbe (Japonsko), které se po ničivém zemětřesení v roce 1994 obrátily formou dotazníků na obyvatelstvo s cílem zjistit, jak velká investice by byla pro nové vybudování infrastruktury v dané oblasti přijatelná.
Při rozhodovacích činnostech s využitím kvantifikovaného rizika mohou být užitečné následující způsoby jeho reprezentace [15]:

– Rozdělení pravděpodobnosti následků (škod), popsané distribuční funkcí (CDF), nebo funkcí hustoty pravděpodobnosti (PDF).Doplňková funkce k CDF se nazývá křivkou rizika a využívá se ke znázornění dosažení jistého stupně následků během referenčního údobí. Na obr. 1 je ukázka takových křivek pro důsledky požáru a zemětřesení na stavební objekt, přitom faktor poškození je definován jako poměr ceny opravy k nákladům nutným pro náhradu novým objektem.
– V případech, kdy následky jsou poměřovány počtem lidských obětí, může být užitečné sestrojení tzv. křivky F-N (četnost nepříznivé události ve vztahu k počtu obětí). Ukázka pro dva hypotetické scénáře je na obr. 2.

Obr. 1. Příklady křivek rizik
¤ Obr. 1. Přiklady křivek rizik

Obr. 2. Příklady křivek F-N
¤ Obr. 2. Přiklady křivek F-N

Aplikace a využití analýzy rizik
Vzhledem k omezenému rozsahu článku nejsou zařazeny kompletní příklady rizikové analýzy – je uveden alespoň stručný popis tří řešených případů z různých technických oblastí, vždy s odkazem na úplnější zdroj. Jiné příklady jsou zmíněny v dalších článcích o problematice rizik v tomto čísle časopisu.

  • Ocelová nádrž – riziko úniku skladované nebezpečné kapaliny

Příklad nikoliv běžně uvažovaného scénáře (i když zcela reálného!) byl publikován v textu [17]. Jednalo se o ocelovou válcovou stojatou uskladňovací nádrž o průměru D = 16 m, vysokou h = 15 m, uloženou na tuhém podkladě. Scénáře odpovídaly různým postupům a výškám plnění nádrže kapalinou s tím, že rychlost koroze v oblasti hladiny a v místech trvale pod hladinou byla výrazně odlišná, což vedlo k rozdílnému průběhu degradace stěn nádrže (koroze) a v důsledku toho k odlišnému vývoji rizika v průběhu času. Jako měřítko rizika se zde uplatnilo množství uskladňované kapaliny, která by mohla z nádrže vytéci a kontaminovat okolí.

  • Čistírna odpadních vod – riziko nepřípustného zkrácení životnosti

K ČOV krajského města měly být dodatečně napojeny odpadní vody z velkého chemického závodu. Bylo hodnoceno nebezpečí degradace betonu řadou chemikálií nacházejících se v odpadních vodách. K hodnocení životnosti betonových konstrukcí byla využita faktorová metoda – blíže viz [18]. Potřeba analýzy rizika byla v tomto případě vyvolána předpisem [9].

  • Víko parogenerátoru jaderné elektrárny – riziko vzniku netěsnosti

V práci [19] je popsán postup a výsledky pravděpodobnostní analýzy ztráty integrity, tj. vzniku netěsnosti rozebíratelného spoje kolektoru I. okruhu parogenerátoru VVER 440 MW. Uvažuje se přitom porušení (přetržení) svorníků víka PG vlivem korozního praskání pro dva druhy těsnění a způsoby utahování svorníků jako funkce času. Poměrně složitý výpočetní model vedl na 77 náhodně proměnných vstupních veličin. Byla stanovena pravděpodobnost přetržení svorníků a vzniku netěsnosti víka parogenerátoru (měnící se s časem) s cílem stanovit časový interval, ve kterém nevzroste pravděpodobnost netěsnosti nad hodnotu 10-6. Takový údaj pak slouží pro rozhodnutí o intervalech kontroly spojů rozebráním při odstávce PG. Od délky takového intervalu se pochopitelně odvíjí výše nákladů s tím spojených a jejich vynásobením odpovídající pravděpodobností pak hodnota, která má formálně význam rizika – v tomto případě však neslouží přímo k hodnocení rizika, nýbrž k optimalizaci odstávek jaderné elektrárny.

Závěrečné poznámky
V tomto příspěvku byla uvedena a probrána problematika analýzy rizik, příslušné definice a další souvislosti. Poznamenejme ještě, že ve vyspělých zemích se z celkových výdajů věnují velmi vysoké částky na bezpečnost, redukci rizik a ochranu zdraví obyvatel a tento objem se neustále zvyšuje.
Článek klade důraz na problematiku kvantifikace rizik. Ve zkratce lze říci, že stanovení rizika postupuje v těchto krocích: identifikace nebezpečí (tj. sestavení scénářů a uvážení souvisejících nejistot); stanovení pravděpodobnosti výskytu (analýza či jejich odhad); stanovení důsledků (škod, ztrát) a konečně rozhodnutí o relevantních opatřeních. Management rizika není jednosměrným procesem, obvykle je nutno postupovat iterativně, tj. s ohledem na různé scénáře, varianty řešení (konstrukční, materiálové, provozní) a také v souvislosti s optimalizací alokování prostředků. Závěrem je jistě možné prohlásit, že odpovědí na otázku položenou v nadpisu je „Ano“.

Poděkování
Tento výsledek byl získán částečně v rámci činnosti projektu 1M0579 – výzkumné centrum CIDEAS a za podpory grantu GAČR 103/08/1677.

Použitá literatura:
[1] Tichý, M.: Rizikové inženýrství. Stavební obzor 9/94, 9/95 a 1/96
[2] Holický, M.: Navrhování stavebních konstrukcí na základě přijatelných rizik. Sborník I. celostátní konference Spolehlivost konstrukcí, Dům techniky Ostrava, březen 2000, str. 97–100
[3] Teplý, B.: Analýza rizika jako nezastupitelný nástroj pro rozhodovací a legislativní činnost ve stavebnictví. Stavební listy, 11/2001, str. 6, 7
[4] Tuhovčák, L., Ručka, J., Kožíšek, F., Mergl, V.: Identifikace, kvantifikace a řízení rizik veřejných systémů zásobování pitnou vodou – projekt WaterRisk, SOVAK 7–8/2007, 50–52
[5] Říha, J. a kol.: Úvod do rizikové analýzy přehrad. Akad. nakladatelství CERM, Brno, 2008
[6] Tichý, M.: Ovládání rizika, analýza a management. Beckova edice ekonomie, C.H. Beck, Praha, 2006
[7] Rozsypal, A.: Inženýrské stavby – řízení rizik. Jaga, Bratislava, 2008
[8] Říha, J. a kol.: Úvod do rizikové analýzy přehrad. Akad. naklad. CERM, Brno, 2008
[9] 353/1999 Sb., o prevenci závažných havárií způsobených vybranými nebezpečnými chemickými látkami a chemickými přípravky (účinnost od 29. 1. 2000)
[10] 264/2009 Sb. Nařízení vlády o bezpečnostních požadavcích na tunely pozemních komunikací delší než 500 metrů (účinnost od 1. 9. 2009)
[11] ČSN EN 608 (2007) Techniky analýzy bezporuchovosti systémů – postup analýzy způsobů a důsledků poruch (FMEA)
[12] ČSN IEC 300-3-9 Management spolehlivosti – Část 3 – oddíl 9: Analýza rizika technologických systémů, leden 1997
[13] Probabilistic Risk and Hazard Assessment. R. E. Melchers & M. G. Stewart (edit.), Balkema, Rotterdam, 1993
[14] Zio, E.: Reliability engineering: Old problems and new challenges. Journal Reliability Engineering and System Safety, Elsevier, 94 (2009) 125–141
[15] ISO 13824 (2009): Bases for design of structures – General principles on risk assessment of systems involving structures
[16] Bažant, Z. P.: Anatomie zániku „dvojčat”. Hospodářské noviny, 25. 9. 2001
[17] Teplý, B., Novák, D. a Vejvoda, S.: Analýza rizika dle zákona 353, CHISA 2001, Srní
[18] Teplý, B., Rovnaníková, P. a Kersner, Z.: A simplified approach to the risk analysis, Sborník mezinárodní konference Reliability and diagnostics of transport structures and means, Pardubice, 2002, 350–355
[19] Vejvoda, S., Keršner, Z., Novák D., Teplý, B.: Probabilistic Safety Assessment of the Steam Generator Cover. Transactions of the 17th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SmiRT 17), Prague, 2003 – CD ROM (paper M04-4), 10 pages


Lektor článku: prof. Ing. Vladimír Křístek, DrSc., FEng. profesor na katedře betonových a zděných konstrukcí Stavební fakulty ČVUT v Praze, se zaměřením na teorii konstrukcí a materiálů



Licence Creative Commons

www.casopisstavebnictvi.cz podléhá licenci Creative Commons
Uveďte autora | Neužívejte dílo komerčně | Nezasahujte do díla 3.0 Unported
.

RSS
Líbí se nám: Vše o stavbách a architektůře najdete na 4stav.cz. Použité stroje jako brusky, lisy a jiné naleznete na AKKstroje.cz. Studijní materiály nejen o stavebnictví, ale i strojírenství a zeměpis najdete na Škola, studium, wiki. Pomozte klikem, udělejte dobrou věc a přečtěte si v magazínu nejen o životním stylu.
© 2007